Ngày 10/4, một nhóm nghiên cứu gồm hơn 200 nhà thiên văn từ nhiều quốc gia trên thế giới đã công bố hình ảnh trực tiếp đầu tiên về một lỗ đen nằm cách Trái Đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng. Nó ở trung tâm của thiên hà M87. Phát hiện này đã được đông đảo cộng đồng khoa học hưởng ứng và được cho là đột phát của khoa học.
Bài viết của Đặng Vũ Tuấn Sơn - Chủ tịch Hội thiên văn học trẻ Việt Nam dưới đây sẽ giải thích rõ hơn hố đen là gì, và nó được chụp như nào.
Lỗ đen là gì?
Có thể nhiều người sẽ ngạc nhiên khi biết các nhà khoa học biết tới sự tồn tại của lỗ đen cách đây tới 1 thế kỷ. Vài tháng sau khi Albert Einstein công bố thuyết tương đối rộng vào năm 1915, một nhà vật lý người Đức là Karrl Schwarzschild đã dựa trên phương trình mô tả trường hấp dẫn của lý thuyết này (thường gọi là phương trình trường Einstein) dự đoán sự tồn tại của những vật thể lớn bị sụp đổ tạo thành những vùng không-thời gian có độ cong vô hạn, nơi mà ngay cả ánh sáng cũng không thể thoát ra khi đi vào đó.
Những vật thể như vậy sau này được các nhà khoa học gọi là "lỗ đen" (black hole).
Trên lý thuyết, có thể có khá nhiều loại lỗ đen. Tuy nhiên, hai loại lỗ đen được xác định là phổ biến nhất là lỗ đen khối lượng sao - loại lỗ đen hình thành do sự sụp đổ vật chất ở cuối đời của các sao nặng, và lỗ đen siêu nặng - loại lỗ đen có khối lượng hàng triệu hay hàng tỷ lần Mặt Trời, được xác định là có mặt ở trung tâm của hầu hết các thiên hà lớn trong vũ trụ.
Hình ảnh lỗ đen được mô phỏng trên máy tính dựa trên lý thuyết. Trước đây chưa từng có lỗ đen nào thực sự được ghi hình.
Các lỗ đen đều được bao quanh bởi một đường biên được gọi là chân trời sự kiện, phân cách giữa vùng trong của lỗ đen với phần còn lại của vũ trụ.
Theo các nhà vật lý lý thuyết, ở chân trời sự kiện, không-thời gian bị uốn cong đến mức mọi đường đi đều hướng vào phía trong, có nghĩa là bất cứ thứ gì - kể cả ánh sáng - một khi đã đi qua chân trời sự kiện sẽ không thể thoát ra.
Thuật ngữ "lỗ đen" cũng có nguồn gốc từ việc này. Nếu một vật thể không phát ra và cũng không thể phản xạ ánh sáng thì bạn không thể thấy nó, vì nó hoàn toàn tối tăm. Tuy nhiên, khác với hiểu nhầm khá phổ biến của mọi người, lỗ đen không có lực hút vô hạn, và cũng không thể gây nguy hiểm gì cho Trái Đất.
Phía ngoài chân trời sự kiện, lỗ đen hút các vật thể khác bằng lực hấp dẫn như bất cứ ngôi sao nào, tức là độ lớn của lực hấp dẫn tỷ lệ thuận với chính khối lượng của nó.
Lỗ đen gần Trái Đất nhất nằm cách chúng ta hơn 3.000 năm ánh sáng - một khoảng cách đủ xa để không gây ra bất cứ ảnh hưởng nào tới Trái Đất và cả Hệ Mặt Trời. Để tiện so sánh, ngôi sao gần Hệ Mặt Trời nhất là Proxima Centauri, có khoảng cách chỉ khoảng 4 năm ánh sáng, và tới nay việc đi được tới đó vẫn còn là một giấc mơ đối với công nghệ hiện nay.
Thành tựu đột phá của EHT
EHT là viết tắt của cụm từ "Event Horizon Telescope" - có nghĩa là "kính thiên văn chân trời sự kiện". Trên thực tế, đây không phải một chiếc kính thiên văn mà là một nhóm gồm nhiều kính cùng hoạt động dưới dạng giao thoa.
Việc này khiến các kính được kết nối tạo ra hiệu quả giống như đó là một kính duy nhất có khả năng phủ khắp thế giới. Các kính thiên văn tham gia dự án đều là kính thuộc những đài thiên văn lớn nhất thế giới.
Theo các nhà khoa học, khi kết hợp các kính này cùng nhau, họ có được khả năng quan sát mạnh đến nỗi đủ để một người đứng ở thành phố New York có thể đọc được chữ trên một đồng xu ở Los Angeles (cách xa khoảng 4000 km) - điều mà không có bất cứ một kính thiên văn nào hiện nay có thể làm một cách độc lập.
Với khả năng quan sát đặc biệt như vậy và được giao thoa bởi nhiều kính trên khắp thế giới, EHT thường được các nhà khoa học gọi là chiếc kính thiên văn "có kích thước của Trái Đất".
Họ đã sử dụng sự kết hợp này để quan sát hai lỗ đen siêu nặng là lỗ đen ở trung tâm của chính thiên hà chúng ta và lỗ đen ở thiên hà M87 nằm cách Trái Đất khoảng 55 triệu năm ánh sáng. Mặc dù dự liệu hình ảnh đã có được từ 2 năm trước, nhưng do việc xử lý dữ liệu chồng chéo của nhiều kính thiên văn hoạt động trong những điều kiện và phương thức khác nhau nên tới tận lúc này, hình ảnh chính thức đầu tiên mới được công bố.
Trong hình ảnh mà bạn thấy ở đây là lỗ đen ở trung tâm của M87. Đây là một lỗ đen siêu nặng có khối lượng gấp 6,5 tỷ lần khối lượng Mặt Trời.
Hình ảnh lỗ đen của M87 vừa được EHT công bố.
Trên thực tế, vì lỗ đen không phát ra ánh sáng hay bất cứ dạng bức xạ nào, nên đây không thực sự là hình ảnh về một lỗ đen, mà là hình ảnh được chụp về khu vực ngay phía ngoài chân trời sự kiện của nó.
Các lỗ đen lớn ở trung tâm các thiên hà đều có một lượng khí và bụi khổng lồ bao quanh, liên tục bồi tụ vào lỗ đen. Trong quá trình khí và bụi bị cuốn vào lỗ đen, chúng được gia tốc rất mạnh làm nhiệt độ tăng rất cao và từ đó phát ra bức xạ ở nhiều bước sóng.
Thứ mà các kính thiên văn thu được là bức xạ phát ra từ khí và bụi đang bị cuốn nhanh vào lỗ đen. Còn thực tế lỗ đen trông ra sao, có lẽ chúng ta sẽ không bao giờ, hoặc còn rất lâu nữa mới biết. Nó là vùng hoàn toàn tối nằm ở giữa vùng sáng của bức ảnh mà EHT vừa công bố.
Việc chụp được những hình ảnh như thế này được cộng đồng khoa học trên khắp thế giới mong đợi bởi hai lý do. Thứ nhất, nó cho thấy sức mạnh của công nghệ và sự hợp tác đa quốc gia ngày nay để phục vụ việc khám phá tự nhiên.
Thứ hai, nó mở ra một cái nhìn mới sâu hơn vào bản chất của vũ trụ, khi có thể quan sát và hiểu hơn về những quá trình diễn ra ở rìa của các lỗ đen siêu nặng, chúng ta có thể biết nhiều hơn về quá trình tiến hóa của các thiên hà và qua đó hiểu hơn về quá khứ và cả tương lai của chính Trái Đất và Hệ Mặt Trời.
Bình luận